逄雅潔 邰佳怡 盧瑛瑩 陳 樑 胡正峰# 慎 利

(1.西南交通大學地球科學與環(huán)境工程學院，四川 成都 611756；2.浙江省生態(tài)環(huán)境科學設計研究院，浙江 杭州 310007；3.紹興市生態(tài)環(huán)境局，浙江 紹興312000)

生態(tài)文明是工業(yè)文明發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，是實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的新要求，生態(tài)文明建設是關系中華民族永續(xù)發(fā)展的根本大計。以“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念為引領的發(fā)展模式，逐漸成為國家提倡和社會廣泛認可的先進城市管理方式。隨著我國國民經(jīng)濟的不斷提升、國家工業(yè)化和城鎮(zhèn)化建設的高速發(fā)展，城鄉(xiāng)固廢產(chǎn)量的增速不容小覷，與人民對日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要相去甚遠。相關資料顯示，我國每年產(chǎn)生的城市固廢達2億t左右，從增長趨勢來看，城市固廢年產(chǎn)量尚未達到峰值[1]。城市固廢的無序堆放、粗放管理和隨意處置等現(xiàn)象使得城市環(huán)境污染的問題愈發(fā)嚴重。2017年，我國學者倡導從廢物源頭進行管制，促進資源的最大程度利用和固廢最小總量填埋，提出了“無廢城市”的戰(zhàn)略概念。2018年，國務院辦公廳印發(fā)《“無廢城市”建設試點工作方案》和《“無廢城市”建設指標體系》，并在2019年初公布了包括浙江省紹興市在內的首批“無廢城市”建設試點名單，旨在通過試點城市的實踐工作，不斷總結出可復制可推廣的“無廢城市”經(jīng)驗做法，以點帶面不斷深化生態(tài)格局優(yōu)化。

在國家加大科技投入，全力推進“無廢城市”試點建設工作中，信息遙感技術近年來憑借自身的宏觀、高效等特點，通過獲取物質發(fā)射或反射的電磁波獲取遠距離物體的信息，逐步成為現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測與治理工作中重要技術之一，具有效率高、探測范圍廣、信息量大、自然速度快和用途多等優(yōu)勢，為“無廢城市”建設的科技后盾提供了更多的手段和可能性。

1 遙感技術在紹興市“無廢城市”建設中的具體應用

作為浙江省唯一的試點城市，紹興市圍繞“雙城記、兩業(yè)經(jīng)、活力城”要求，通過浙江省固廢全過程管理的信息化、智慧化平臺建設、建立健全農(nóng)業(yè)廢棄包裝物、廢舊農(nóng)膜回收處置體系、創(chuàng)新固廢處置標準體系等亮點工作，取得了“無廢城市”建設的較好成效，形成一系列“紹興樣板”，為紹興市堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)奠定了堅實的基礎。

然而，紹興市對信息技術的利用還不能完全達到精準監(jiān)測和實時管控的程度，主要表現(xiàn)在：(1)無序堆放的固廢較難統(tǒng)計；(2)調查主要依靠基層上報數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不夠客觀高效，較難滿足實時需求。

為給紹興市“無廢城市”平臺管理提供更為全面的技術支撐，將空間遙感技術引入生態(tài)環(huán)境治理能力的領域，討論將遙感技術融入“無廢城市”建設工作的意義，對4種應用場景可用的衛(wèi)星進行了簡單總結，并根據(jù)應用情況給出具體意見或建議。

1.1 固廢堆場監(jiān)測

目前，我國城市化建設的不斷推進導致總量隨著持續(xù)增長，使城市固廢堆場的無序混倒、非法堆積、不規(guī)范處置等現(xiàn)象越發(fā)嚴峻，對城鎮(zhèn)居民生活產(chǎn)生了惡劣影響。根據(jù)《紹興市“無廢城市”建設試點工作實施方案》《浙江省工業(yè)固體廢物專項整治行動實施方案》等要求，紹興市開展一系列治廢工作加強對轄區(qū)工業(yè)固廢產(chǎn)生者的督導，從源頭加強管控，不斷補充和完善監(jiān)管制度以提高固廢監(jiān)管信息化。

截至2020年中旬，紹興市雖已有4 900家固廢產(chǎn)生單位注冊使用浙江省固體廢物監(jiān)管系統(tǒng)，但在擴大固廢監(jiān)管覆蓋面積和提高監(jiān)管信息化等工作方面仍有提升空間。以往的監(jiān)管工作主要依賴人工監(jiān)察和信訪舉報等途徑，而多數(shù)違規(guī)固廢堆場相對隱蔽分散，在人力物力有限的條件下，采用遙感手段監(jiān)測固廢堆場具有覆蓋面積大、數(shù)據(jù)更新及時、節(jié)約成本等優(yōu)勢[2]，有助于相關部門動態(tài)了解到監(jiān)管區(qū)域的實時情況。2020年紹興市統(tǒng)籌推動建立“精準化源頭分類，專業(yè)化二分揀，智能化高效清運，最大化資源利用和集中化統(tǒng)一處置”(以下簡稱“五化”)的固廢收運體系，據(jù)統(tǒng)計，河橋區(qū)、上虞區(qū)固廢收集規(guī)模分別為1.5萬、5萬t/a。利用遙感技術的固廢監(jiān)測一般通過遙感影像解譯進行，可以高效獲得固廢的面積、體量等規(guī)模數(shù)據(jù)。國外較早開展此類工作，BAGHERI等[3]早在1988年根據(jù)航空照片目視查明美國新澤西州的67處固廢堆場。在計算機技術的迅猛發(fā)展下，固廢堆場的解譯可以通過機器完成半自動或自動識別[4]，SILVESTRI等[5]對美國IKONOS衛(wèi)星資料進行判別，確定了分布在意大利的固廢堆場。近來年來，研究人員將深度學習引入遙感影像的目標識別中，提高了固廢堆場的提取精度[6]，有利于精確摸清固廢堆場數(shù)量，開展智能化、自動化的街道、工業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)的工作督導。

針對紹興市企業(yè)自主核查、監(jiān)管部門抽查核查的督導考核機制，基于遙感的固廢堆場監(jiān)測有利于健全固廢處理管理體制，完善固廢統(tǒng)計體系，實現(xiàn)科技監(jiān)測與人工輔助雙管齊下的管理手段，切實統(tǒng)籌紹興市全域“無廢城市”建設。

1.2 秸稈焚燒監(jiān)測

秸稈焚燒會產(chǎn)生大量有毒有害的氣體，對大氣環(huán)境造成嚴重污染。近年來，紹興市開展“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”“美麗鄉(xiāng)村”等工作加強了農(nóng)村秸稈禁燒管控，為紹興市建設“無廢城市”打造牢固屏障。在“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”工作中，紹興市成立治氣工作專班，全年共交辦涉氣問題372件，開展每周巡查暗訪和每月空氣質量排名通報預警。然而，因為秸稈焚燒現(xiàn)象具有隨機隨時、分散分布不規(guī)律等特點，人工巡查和定點取證方式在監(jiān)測秸稈焚燒的工作中耗費大量人力與物力，仍無法實時、全面掌控大區(qū)域內的焚燒情況[7]，相比下，遙感監(jiān)測在時效性、空間性、經(jīng)濟性等方面都具有顯著優(yōu)點。

遙感監(jiān)測秸稈焚燒主要利用遙感探尋高溫熱源的原理[8]，火點的準確判別和提取是開展遙感監(jiān)測秸稈焚燒現(xiàn)象的關鍵，研究人員目前較多采用中分辨率成像光譜儀(MODIS)傳感器獲取數(shù)據(jù)[9]?；贛ODIS的秸稈焚燒檢測利用基于中、長紅波段的光譜特性，通過對比常溫背景值和溫度異常點的輻射峰值差異，并結合利用土地利用與覆蓋數(shù)據(jù)進行疊置分析，可以檢測到火點位置[10]。另有學者采用改進型MODIS火災探測算法，可以識別面積更小或者溫度較低的火點，準確探測更多真實火點的數(shù)量與分布[11]。

2020年，紹興加強了露天禁燒監(jiān)管，加大夏收、秋收季節(jié)秸稈焚燒路面巡查監(jiān)管，秸稈遙感監(jiān)測焚燒火點連續(xù)兩年保持20%以上的下降率。隨著國家總體科技的不斷進步、遙感技術水平隨之水漲船高的背景下，紹興市有望實現(xiàn)秸稈巡查工作自動化，為“無廢城市”的建立保駕護航。

1.3 廢舊農(nóng)膜監(jiān)測

作為設施農(nóng)業(yè)中的重要生產(chǎn)資料，農(nóng)用塑料薄膜(以下簡稱農(nóng)膜)在促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和增收方面發(fā)揮了不可忽視的作用，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展做出了重大貢獻。隨著農(nóng)膜的大量使用，與農(nóng)膜相關的污染問題受到越來越多的關注。一方面，農(nóng)膜經(jīng)使用后殘留于土壤中的白色污染物在自然條件下難以降解；另一方面，我國地膜回收率不到60%[12]，回收處理的缺乏使得“白色污染”加劇。因此，準確掌握農(nóng)膜空間分布信息和使用量，不僅能為農(nóng)膜環(huán)境污染治理提供重要技術支撐，也為政府調節(jié)市場和發(fā)放設施農(nóng)業(yè)補貼提供重要依據(jù)。

長期以來農(nóng)膜面積調查主要通過行政單位層層上報的方式統(tǒng)計匯總，這種傳統(tǒng)的農(nóng)膜使用量統(tǒng)計法費時費力且缺少空間位置信息[13]。將遙感技術引入廢舊農(nóng)膜監(jiān)測便能夠把握地物空間分布狀況，特別是基于遙感技術的農(nóng)膜自動化提取具有快速、動態(tài)、空間性強的優(yōu)勢，從而能夠解決大范圍廢舊農(nóng)膜監(jiān)測的難題。基于中分辨率Landsat TM 影像，PIETRO等[14]采用平行六面體方法進行覆膜農(nóng)田信息提取，并結合SAR影像來檢驗其分類精度，為自動識別覆膜農(nóng)田提供了一套較為有效的程序；馬群[15]則利用TM遙感影像，采用支持向量機(SVM)分類技術對大棚菜區(qū)信息進行了遙感提取，也取得了較好的效果。LEVIN等[16]利用空間分辨率為l m的高光譜影像分類，對透明地膜能夠取得理想的提取效果，精度可達90%以上。

隨著遙感技術的發(fā)展，特別是遙感技術在農(nóng)業(yè)領域的廣泛應用，利用遙感技術監(jiān)測大棚菜地廢舊農(nóng)膜等設施農(nóng)業(yè)信息將對今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理具有重要意義。根據(jù)農(nóng)業(yè)部《關于進一步加強農(nóng)藥廢棄包裝物回收和集中處置工作的通知》的要求，目前紹興市已基本建立廢舊農(nóng)膜回收處置體系，目前主要為農(nóng)民自行歸集，由供銷社進行定點、統(tǒng)一收集處置。因而在后續(xù) “無廢城市”建設過程中，如何將遙感技術與廢舊農(nóng)膜監(jiān)測治理緊密結合，推廣切實可行的農(nóng)膜回收再利用技術，實現(xiàn)精細化綜合化管理是下一步廢舊農(nóng)膜污染防治的重點。

1.4 土壤污染核查

土壤污染具有累積性、不均勻性和長期存在性等特點[17]，如何切斷土壤污染的源頭，遏制土壤污染擴大的趨勢是建設“無廢城市”不可忽視的問題。根據(jù)《浙江省土壤污染防治行動2020年工作計劃》，紹興市結合實際制定了《紹興市土壤污染防治行動2020年工作計劃》推進一系列土壤污染防治監(jiān)管工作，如開展重點行業(yè)企業(yè)用地土壤污染狀況調查，強化建設用地風險管控，進行污染地塊安全利用現(xiàn)場檢查，加大重金屬污染防治力度等。通過不斷加強污染減排監(jiān)管，目前紹興市已在土壤污染防治工作中取得一定成效。

傳統(tǒng)的土壤污染研究通過野外實地逐點采集樣品，以污染物化學測定的方法在室內分析各樣點的污染物質含量。這種方法測量精度較高，但耗時費力、效率較低，而且無法較好地獲取空間上連續(xù)分布信息。而作為空間技術之一的遙感技術，其宏觀快速的獨特優(yōu)勢為土壤污染調查與監(jiān)測提供了可能。運用光譜分析法[18]識別出土壤污染物及其與土壤結合后形成的特定光譜，建立遙感特征與土壤污染物間的回歸模型，可以定量反演土壤污染程度與分布；同時耦合地面監(jiān)測數(shù)據(jù)，開展土壤污染的動態(tài)遙感監(jiān)測?；诮B興市各區(qū)、縣單位的礦產(chǎn)集中開采區(qū)、石油開采區(qū)，可以利用遙感技術劃定土壤污染邊界，開展未利用地環(huán)境遙感監(jiān)管；對于重點行業(yè)企業(yè)用地中污染地塊，可以利用遙感技術監(jiān)測污染地塊的分布及評估其環(huán)境風險等。

截至2020年底，紹興市已完成100余個地塊的采樣工作，嚴格管控了3 226.68 hm2受污染耕地，減少無法律法規(guī)依據(jù)劃定的禁養(yǎng)區(qū)574.61 km2，完成農(nóng)用地土壤超標點位銷號13個，積極開展“凈土開發(fā)”相關土壤污染監(jiān)管工作。紹興市未來土壤污染監(jiān)管將進一步發(fā)揮遙感技術的宏觀、連續(xù)、光譜綜合等特征，構建仿真分析模型，形成完善的污染動態(tài)監(jiān)測評估體系，從而有效地展開土壤污染核查工作，為生態(tài)環(huán)境改善、土壤質量評估及城市規(guī)劃等提供重要的科學依據(jù)和決策支撐。

綜上，紹興市生態(tài)環(huán)境保護中遙感在不同場景下的應用情況匯總見表1。

表1 生態(tài)環(huán)境保護中遙感在不同場景下的應用

2 遙感技術在紹興市“無廢城市”建設中的應用展望

隨著大數(shù)據(jù)和云計算技術的進步，信息遙感技術的加入為紹興市“無廢城市”建設提供技術支撐。為實現(xiàn)“無廢城市”建設目標，紹興市還需要考慮以下幾個方面的改進和提升：

(1) 依托新一代通信技術，實現(xiàn)信息的實時傳輸和處理，提高“無廢城市”知識服務能力。正在普及的第五代移動通信技術(5G)具備泛在、實時、無線及智能等特點，其無縫覆蓋的無線連接智能服務可以使企業(yè)第一時間依據(jù)監(jiān)測報告作出整改，治理部門對整改效果予以實時監(jiān)督，實時記錄各環(huán)節(jié)操作信息，保證全程追溯，責任落實。同時調動群眾的力量，實時將問題現(xiàn)場的相關數(shù)據(jù)和圖片上傳至監(jiān)測治理平臺，使建設“無廢城市”真正走向社會化、實時化與大眾化。

(2) 進一步深化引用，融合多源數(shù)據(jù)形成遙感大數(shù)據(jù)，做到“空天地”協(xié)同一體化。目前尚待提高的遙感信息處理技術與數(shù)據(jù)獲取能力之間出現(xiàn)嚴重的失衡，未來的“空天地”一體化更關注于數(shù)據(jù)融合，由軌道衛(wèi)星構成的天基網(wǎng)絡、飛行器構成的空基網(wǎng)絡及傳統(tǒng)地基網(wǎng)絡合為一體，使數(shù)據(jù)更為有效地利用。依托一體化的遙感監(jiān)管平臺，“無廢城市”治理將形成一種高效的分工明確、相互配合的監(jiān)管模式。

(3) 引進人工智能技術，耦合機器學習等智能化算法，實現(xiàn)由傳統(tǒng)方法向人工智能技術的轉變。依托機器學習相關算法訓練得到預測模型，使未來“無廢城市”監(jiān)測治理的應用范圍更加廣泛，快速、高效地對監(jiān)測要素進行更新，實現(xiàn)長時間、大尺度及連續(xù)動態(tài)監(jiān)測的推廣使用，為自動化、智能化治理提供了強有力的技術支撐。

(4) 與地理信息系統(tǒng)(GIS)技術緊密聯(lián)系，利用時空分析方法，打造線上線下綜合監(jiān)測治理平臺。借助空間檢索及空間分析機制，GIS技術能夠實現(xiàn)對空間信息資源的時空分析，為政府服務平臺及各種企業(yè)中的相關應用提供基于基礎底圖的展示與分析服務，通過在線化、標準化的地圖服務接口實現(xiàn)共享，使得處理海量空間數(shù)據(jù)由原來的集中、獨占的方式走向分布、共享[19]，進而提高實際應用效率，增強治理監(jiān)測能力。

由于空間遙感技術是一項具有較強的專業(yè)性的技術工作，為使其在生態(tài)環(huán)境管理中充分發(fā)揮作用，必須在查找和規(guī)整相關空間分析資料的同時，對地方政府的管理人員和技術人員進行相應的培訓鍛煉，令其能夠掌握實地調查手段和遙感影像解譯的方法技術，然后根據(jù)所監(jiān)測目標的特點制定出具體的解譯方案和工作程序。

在固廢堆場的監(jiān)測上，建議建立當?shù)乜臻g遙感技術的計算機信息系統(tǒng)，使實地監(jiān)測目標與遙感影像監(jiān)測數(shù)據(jù)相對應，對不同類別的固廢進行統(tǒng)計，方便隨時進行面積、堆放形式等信息的核查；打造基于遙感的，連接監(jiān)督群眾、生產(chǎn)單位和監(jiān)測機構數(shù)字化開放平臺，提供基于遙感的地圖導航和定位等基本服務，具備固廢相關的在線舉報、公司上報和當?shù)貙徍说裙δ?，使政府和群眾得以共建共?lián)，共同敦促城市固廢的管理工作。

在秸稈焚燒的監(jiān)測上，現(xiàn)有的遙感技術已經(jīng)可以通過精確計算得出秸稈焚燒的面積并預估排放量，有關政府部門需要在此技術的輔助下，全力聯(lián)合財務部門、環(huán)保部門、農(nóng)業(yè)部門和交通部門共建共享遙感數(shù)字化平臺，政府部門在遙感監(jiān)測方面充當統(tǒng)籌規(guī)劃的角色，財務部門管理平臺的日常運營開銷，農(nóng)業(yè)和環(huán)保部門根據(jù)遙感監(jiān)測的火點和排放量等信息實時與農(nóng)田負責人進行溝通，并適時進行秸稈回收利用機制的宣揚[20]。

在廢舊農(nóng)膜的監(jiān)測上，監(jiān)管系統(tǒng)的建立可以結合參照秸稈焚燒與固廢堆場的監(jiān)測模式，結合實地普查與遙感核查的方式，摸清當?shù)厮修r(nóng)膜的污染規(guī)模，由多個部門協(xié)同打造實時數(shù)字化的監(jiān)測體系，分步實施管理。加強遙感監(jiān)測預警部門、種植戶和農(nóng)膜回收加工企業(yè)的三方聯(lián)系，線上線下協(xié)同引導農(nóng)民和企業(yè)等新型營業(yè)主體形成良好的監(jiān)測-回收網(wǎng)絡[21]。

在土壤污染核查上，可利用遙感技術對土壤環(huán)境質量狀況的有效監(jiān)控，同樣需要建立土壤環(huán)境質量數(shù)字信息網(wǎng)絡。部署監(jiān)測系統(tǒng)的人員需要同時協(xié)通衛(wèi)星遙感、地基遙感、地面觀測、模型模擬等綜合協(xié)同監(jiān)測技術，實現(xiàn)區(qū)域土壤環(huán)境動態(tài)變化監(jiān)測。利用遙感數(shù)據(jù)提取當?shù)赝寥牢廴镜淖兓畔?、分布和污染物質含量，在此基礎上根據(jù)對應地理地形、土壤類型和發(fā)展?jié)摿韺ο乱徊降耐寥勒淖龀鲋甘竞投酱佟?/p>

3 結 論

紹興市作為國家“無廢城市”建設試點城市，不斷強化技術創(chuàng)新和科技引領作用，在構建產(chǎn)學研用平臺、實現(xiàn)智慧化管理、開展基礎實驗等方面取得了長足的進步，從根本上破解了“固廢圍城”的難題。遙感技術具有大大拓展監(jiān)測范圍、提高監(jiān)測的時效性，增加信息獲取的全面性、客觀性的優(yōu)勢，特別是對人跡罕至、難以監(jiān)測的地方，遙感技術可以突破視野的局限性，克服傳統(tǒng)監(jiān)測方式投入大、效率低、周期長的弊端，將遙感技術不斷與光電儀器、計算機等現(xiàn)代化科技結合，可提升監(jiān)測信息的準確性，實現(xiàn)長效動態(tài)化監(jiān)管，使得對污染遙感核查走向現(xiàn)代化、智能化，為其他城市“無廢城市”建設探索新路徑。